Indem sie die Einzelzell-RNA-Technologie mit Nukleinsäuresequenzierung und computergestützten Analyseverfahren kombinierten, erstellte das Team einen ausführlichen Zellenatlas eines komplizierten erwachsenen Lebewesens, des Plattwurms Schmidtea mediterranea, und rekonstruierte einen ausführlichen Ahnentafelbaum. "Es eröffnet neue Ansätze für die Erforschung der Zellzusammensetzung von Organsystemen und Gewebe oder der Molekularmechanismen der Regeneration", erläutert Prof. Nikolaus Rajewsky, Direktor des Berliner Instituts für Medizinische Systembiologie (BIMSB), MDC und Hauptautor der Untersuchung.
Mithilfe einer großen Zahl von Blutstammzellen regenerieren diese Lebewesen kontinuierlich alle Gewebetypen und Zellarten. "Damit wir besser nachvollziehen können, wie sich verschiedene Zellarten unterscheiden, müssen wir die Genexpressionsprofile von Krebszellen in verschiedenen Stadien der Differenzierung vergleichen", sagt Dr. Mireya Plass, Forscherin am BIMSB, MDC. "Und wir haben mehrere tausend verschiedene Bakterien auf ihre RNA-Abschriften hin durchsucht.
"So wurden 37 verschiedene Zellarten gefunden, davon 23 im letzten Stadium der Differenzierung, sowie mehrere Stammzelltypen und verschiedene Ahnenzellen. "Mithilfe eines neuen, von unseren Partnern Dr. Alexander Wolf und Prof. Fabian Theis in München entwickelten Computeralgorithmus PAGA konnten wir auf der Grundlage dieses Datenbestandes einen Familienstammbaum erstellen, der alle erkannten Zellarten und Ergebnisse aus einer Stammzellgruppe enthält", sagt Dr. Christine Kocks, BIMSB, MDC.
Damit der Familienstammbaum naturwissenschaftlich fundiert und so stabil wie möglich ist, wurde das Design mit den Ergebnissen weiterer computergestützter und experimenteller Auswertungen verglichen: Diese beinhalteten die Sequenzierung von geklärten bzw. isolierten Stämmen, Veränderungen im Genexpressionsmuster, Zellstammbaumvorhersagen mit PAGA und Resultate eines neuen Verfahrens, Velozyto. Zudem entdeckten die Forscher im parenchymalen Bereich der Flachwürmer mehrere neue Zellarten, die in bisherigen Molekularbiologiestudien zwar vernachlässigt wurden, aber eine bedeutende Bedeutung für die Wiederbelebung haben.
Beim Wurm, der sich im Körper regeneriert, ist der Zellanteil deutlich geringer. Das zeigt, dass diese Batterien und ihre Abbau-Produkte der "Brennstoff" sind, der die für den Aufbau und die Wiederherstellung des Zellgewebes benötigte Kraft liefert. Für die Forscher aus aller Welt stehen nun die neuen Erkenntnisse über die Flachwurmbiologie und die Analysemethoden zur Verfügung.
"Mit unserer Tätigkeit ermöglichen wir auch Untersuchungen an verschiedenen anderen Mikroorganismen und deren Ahnentafeln. Um nicht nur Plattwürmer-Experten, sondern auch Wissenschaftlern, die vergleichbare Untersuchungen an anderen Mikroorganismen vornehmen wollen, zu helfen, haben wir eine Form des "cooking guide" geschrieben, sagt Dr. Jordi Solana, ehemals BIMSB, MDC, heute Oxford Brookes University, UK.